Il rendering di un artista mostra come un ammasso di galassie (lensing cluster) agisca come una lente gravitazionale che ingrandisce ed estende la luce da una galassia di sfondo. Ciò si traduce in un'immagine proiettata (contrassegnata nel pannello rettangolare) che è più luminosa e più facile da rilevare con un telescopio. Ciò ha consentito agli astronomi di utilizzare lo strumento KCWI dell'Osservatorio Keck per ingrandire l'immagine proiettata e mappare il gas di due DLA giganti che sono due terzi delle dimensioni della Via Lattea. Credito:Osservatorio WM Keck/Adam Makarenko
Un nuovo strumento unico, accoppiato con un potente telescopio e un piccolo aiuto dalla natura, ha dato ai ricercatori la capacità di scrutare nei vivai galattici nel cuore del giovane universo.
Dopo il big bang di circa 13,8 miliardi di anni fa, l'universo primordiale era pieno di enormi nubi di gas neutro diffuso, note come sistemi Damped Lyman-α o DLA. Questi DLA fungevano da vivai galattici, poiché i gas all'interno si condensavano lentamente per alimentare la formazione di stelle e galassie. Si possono osservare ancora oggi, ma non è facile.
"I DLA sono una chiave per capire come si formano le galassie nell'universo, ma in genere sono difficili da osservare poiché le nuvole sono troppo diffuse e non emettono luce da sole", afferma Rongmon Bordoloi, assistente professore di fisica alla North Carolina State University e corrispondente autore della ricerca.
Attualmente, gli astrofisici usano i quasar, buchi neri supermassicci che emettono luce, come "controluce" per rilevare le nuvole DLA. E sebbene questo metodo consenta ai ricercatori di individuare le posizioni DLA, la luce dei quasar agisce solo come piccoli spiedini attraverso un'enorme nuvola, ostacolando gli sforzi per misurare la loro dimensione e massa totali.
Ma Bordoloi e John O'Meara, scienziato capo del W.M. L'Osservatorio Keck di Kamuela, nelle Hawaii, ha trovato un modo per aggirare il problema utilizzando una galassia con lente gravitazionale e la spettroscopia di campo integrale per osservare due DLA - e le galassie ospiti all'interno - che si sono formate circa 11 miliardi di anni fa, non molto tempo dopo il big bang.
"Le galassie con lenti gravitazionali si riferiscono a galassie che appaiono allungate e illuminate", afferma Bordoloi. "Questo perché c'è una struttura gravitazionalmente massiccia davanti alla galassia che piega la luce proveniente da essa mentre viaggia verso di noi. Quindi finiamo per guardare una versione estesa dell'oggetto:è come usare un telescopio cosmico che aumenta l'ingrandimento e ci offre una migliore visualizzazione.
"Il vantaggio di questo è duplice:uno, l'oggetto sullo sfondo è esteso attraverso il cielo e luminoso, quindi è facile eseguire letture dello spettro su diverse parti dell'oggetto. Due, poiché l'obiettivo estende l'oggetto, è possibile sondare scale molto piccole . Ad esempio, se l'oggetto è largo un anno luce, possiamo studiare piccoli frammenti con una fedeltà molto elevata."
Le letture dello spettro consentono agli astrofisici di "vedere" elementi nello spazio profondo che non sono visibili ad occhio nudo, come i DLA gassosi diffusi e le potenziali galassie al loro interno. Normalmente, la raccolta delle letture è un processo lungo e scrupoloso. Ma il team ha risolto il problema eseguendo la spettroscopia di campo integrale con il Keck Cosmic Web Imager.
La spettroscopia di campo integrale ha permesso ai ricercatori di ottenere uno spettro per ogni singolo pixel sulla parte del cielo che mirava, rendendo la spettroscopia di un oggetto esteso nel cielo molto efficiente. Questa innovazione, combinata con la galassia a lente gravitazionale allungata e illuminata, ha permesso al team di mappare il gas DLA diffuso nel cielo ad alta fedeltà. Attraverso questo metodo i ricercatori sono stati in grado di determinare non solo la dimensione dei due DLA, ma anche che entrambi contenevano galassie ospiti.
"Ho aspettato gran parte della mia carriera per questa combinazione:un telescopio e uno strumento abbastanza potenti, e la natura ci ha dato un po' di fortunati allineamenti per studiare non uno ma due DLA in un modo completamente nuovo", dice O'Meara. "È fantastico vedere la scienza arrivare a buon fine."
I DLA sono enormi, tra l'altro. Con diametri superiori a 17,4 kiloparsec, sono più di due terzi delle dimensioni della galassia della Via Lattea oggi. Per fare un confronto, 13 miliardi di anni fa, una tipica galassia avrebbe un diametro inferiore a 5 kiloparsec. Un parsec è 3,26 anni luce e un kiloparsec è 1.000 parsec, quindi ci vorrebbero circa 56.723 anni luce per viaggiare attraverso ogni DLA.
"Ma per me, la cosa più sorprendente dei DLA che abbiamo osservato è che non sono unici:sembrano avere somiglianze nella struttura, le galassie ospiti sono state rilevate in entrambe e le loro masse indicano che contengono abbastanza carburante per la prossima generazione di formazione stellare", dice Bordoloi. "Con questa nuova tecnologia a nostra disposizione, saremo in grado di approfondire il modo in cui le stelle si sono formate nell'universo primordiale."
L'opera compare sulla rivista Natura . + Esplora ulteriormente
